Солнечно-земная
Физика

3.1.3. Роль протонов (ионов).

• 1. Важная роль авроральных ионов в суббуревых возмущениях достаточно очевидна: они являются главными носителями частично-кольцевого тока, ответственного за изменение конфигурации магнитосферы до и во время активной фазы суббури. Во время подготовительной фазы усиленная конвенция переносит ионы с ускорением к Земле, создавая на внутренней кромке плазменного слоя область сильного азимутального тока с большим радиальным градиентом давления. По утверждению Ростокера [Rostoker, 1999], движущиеся к экватору дуги подготовительной фазы создаются высыпающимися ионами. Рост высыпания протонов за 4 минуты до начала суббури по данным спектрометра полярных сияний был найден Лазутиным, Фёдоровой и Цирс [1988]. Таким образом, первая электронная активизация возникает вблизи полосы возмущённых энергичных (десятки кэВ) ионов.
• 2. Отношение плотности энергии магнитного поля к плотности энергии частиц может служить индикатором устойчивости в данной части АМ. Появление возросшего потока свежеускоренных частиц может подготовить нестабильную ситуацию. Во всех анализированных случаях, не только в тех, что были приведены выше, мы видим до начала активизации рост плотности энергии частиц.
• 3. Несколько раз мы наблюдаем двухступенчатый рост протонов - сначала спутник входит в область повышенной интенсивности низкоэнергичных протонов и непосредственно перед активизацией наблюдается возрастание (приход дрейфом) потока энергичных протонов.
• 4. Надо указать на терминологическую путаницу: энергичные протоны в десятки кэВ, находящиеся в авроральной магнитосфере, часто продолжают называть частицами плазменного слоя хвоста магнитосферы. На самом деле эти частицы составляют свежее пополнение внешнего радиационного пояса, и создаваемые ими токи - это не токи к хвоста магнитосферы, а частичный кольцевой ток.
• 5. Следует обратить особое внимание на эффект спада интенсивности протонов в канале Р1 в то самое время, когда в более энергичных каналах наблюдается возрастание. Этот эффект можно понять, исходя из различия двух популяций частиц - радиационного пояса и горячей компоненты частиц плазменного слоя. Приход энергичных частиц меняет конфигурацию магнитного поля, что в свою очередь меняет пространственное распределение замагниченных низко-энергичных протонов.

3.1.4. Структура P-E-P-E.

Из приведённого выше анализа следует, что чередование протонных и электронных возрастаний есть типичная ситуация; перед электронными инжекциями всегда наблюдается возрастание протонов. Типичная задержка составляет несколько минут, но иногда она сокращается до десятка секунд.
Для спутника, расположенного в вечернем секторе, опережение в среднем протонных возрастаний не вызывает удивления, так Бирн и др. (Birn et al.,1996) показали на большой статистике, что вечером протонные инжекции опережают электронные в среднем на 4 минуты, тогда как в утреннем секторе имеется обратная зависимость. Такая "симметричная" статистика следует из дифференциального магнитного дрейфа частиц разного заряда: начальные активизации локализованы, и спутник, удаленный по долготе видит ускоренные частицы только одного знака. Лишь позже, когда область возмущения расширяется, этот спутник зарегистрирует локальные возрастания электронов и ионов почти одновременно. Эту малую разницу и улавливаем мы при анализе тонкой структуры вариаций потока частиц. Наша "ассимметричная" структура P-E-P-E связана с разной функцией ионов и электронов; это разница массы частиц, а не знака заряда. Ионы меняют конфигурацию магнитосферы, успокаивают диполяризацию и готовят новое возмущение. Одним из частных случаев P-E схемы является эффект "возмущённой подготовительной фазы", описанный Ohtani et al [1992].
Обычно предполагается, что электроны и ионы ускоряются одновременно и одним и тем же способом во время взрывной неустойчивости суббури. Вместе с тем, мы не нашли случаев полного совпадения возрастаний ионов и электронов во времени - всегда есть сдвиг. Может быть это является важным указанием на различие механизмов ускорения электронов и ионов?

3.1.5. Быстрые изменения

Точное определение временных масштабов суббуревых возмущений чрезвычайно важно для количественного описания исследуемых процессов.
Так, во время суббури орбиты 445 можно утверждать, что Btot изменилось почти на 100 nТ в период с 16.55 до 17.25 UT , т.е. интервал изменения - 30 минут(Майнард и др., 1996), и это даст нам 0.055 nT/s. Можно рассмотреть изменения в течение первых трёх активизаций с 40 до 90 nT за период с 16.54 до 16.57 UT , три минуты (Рис. 2.15), что даcт 0.28 nT/s. Но если мы рассмотрим только фронт второй активизации, 40 nT за 6 секунд, мы увеличим инкремент нарастания поля до 5 nT/s, и можем еще увеличить эту цифру до 15 nT/s если взять только центральную часть нарастания поля. Разница между 0.055 и 15 nT/s в 300 раз меняет количественную оценку индукционного электрического поля, не говоря уж о том, что меняя оценку временных масштабов, мы переходим от адиабатических процессов к сугубо не адиабатическим. Быстрые изменения интенсивности за секунды или даже доли секунды, т.е. за время меньше периода скачка не вписываются ни в один из предполагаемых механизмов суббуревой неустойчивости и указывают на существование больших продольных электрических полей и больших пространственных градиентов потока частиц.

в назад		вперед		оглавление		литература
		другие обзоры